化工企业的供配电设计

尹东华

摘要：化工企业的供配电一直是供配电领域较为典型的，需要在依据供配电设计的规范诸如《低压配电设计规范》《通用用电设备配电设计规范》《供配电系统设计规范》等的同时，结合《爆炸危险环境电力装置设计规范》《石油化工企业设计防火规范》的要求进行整合设计。

本文根据最新规范的要求，对化工类厂房的电气消防设计，进行了全面的总结，为指导后续工程设计，提供整体思路。

关键词：供配电;化工企业供电;消防供配电

1 化工企业供配电的特点

1.1供电等级要求高

化工企业由于涉及的介质一般具有爆炸危险性，同时工艺的生产过程具有连续性。停电对于物料的反应起到重大的影响。故对连续运行的石化企业来说，对供配电的可靠性要求是非常高的，一些重要的负荷均为一级负荷，仅几个周波的电力系统故障就能造成大量生产装置停工，甚至造成重大损失和伤亡。

1.2负载稳定

石化企业的负载是相对平稳的，连续运行曲线的变化很小，生产装置稳定投产后，负载一般维持在一定水平。

1.3负载以交流电动机为主

石油化工单位的负载主要是以大型异步交流电动机拖动的风机、搅拌器、水泵、压缩机为主。由于石油化工企业供配电系统内具有大量交流异步电动机的运行，且功率因数一般在0.8～0.9之间，因此，需要进行无功补偿。当采用电容器补偿时，电力电容器组宜安装在主变电所或多区域变电所内，采用就地补偿和集中补偿集合的方式。

1.4大型设备的启动冲击大

压缩机等大型电动机的启动虽然次数很少，但启动冲击大，是影响企业供配电系统稳定的重要因素。所以，大型设备的启动是供配电设计时不得不考虑的问题。

1.5具有自备电厂

很多石化企业都具有企业自己的自备电厂，其规模与企业的装机规模及当地园区的用电负荷缺口有关，像山东邹平某大型化工企业除了发电自用外还能为本地其它企业提供一定电力和保安电源。石油化工企业的自备电厂的主要作用是为企业内提供汽源，因此汽轮机多以背压式、抽汽背压式或抽汽凝汽式为主。一旦电力系统发生故障造成石化企业大面积停电，生产装置会立即停止用汽，各发电动机很难保证此时的稳定运行。通常大型石化企业的热电厂既是企业供配电系统的中心。

1.6负荷容量随装置的新建逐步增大

石油化工企业电力系统的另一个重要特点是，随着企业的发展，企业向上下游扩展，新增上下游产业链的化工装置及改造扩容是石化企业司空见惯的事情，因此在设计石化企业内供配电系统时一定要考虑留有足够的扩展余地。

2石油化工企业供配电设计

2.1供配电网络电压等级的选取

根据石油化工企业发展负荷扩展余量大的特点，最高一级供电电压的选取，除了考虑附近电网电压等级外，还应考虑到企业的发展。例如，对于运行容量在50MVA左右及以上的企业，按照我国电压等级的划分，常规企业选取35kV电压等级较为合适，但是对于石油化工企业，选取110kV甚至220kV作为第一级电力网络电压更合适。

2.2供配电网络的设计

宜采用总变电所和区域变电所结合的方式进行配电，全厂一个主变电所，一个或多个区域变电所进行供电。主变电所内设置高压无功补偿，分变电所内设置低压无功补偿和低压设备配电室室。

2.3双电源和保安电源的设置

石油化工企业由于停电时，可能会造成人身伤害时，同时停电将在经济上造成较大或重大损失，另外停电将影响企业的正常运行，故均采取双路电源供电。双路供电供到总变电所一级。

另外，对于一些特别重要的负荷，比方说消防水泵及突然停电后造成重大损失的负荷，应该设置柴油发电机作为保安电源，或者设置柴油消防泵。另外对于一些特别重要的电机，可以设置专用动力EPS作为一个或几个电机的保安电源。

2.4低压配电的设计要点

2.4.1设计过程中一般以200KW为界线，200KW以上的电动机用中压，200KW以下的用低压，传统的低压都用220/380V系统。

2.4.2老化工企业高压电机大都使用6kV等级，因此中压供电系统也是6kV等级，随着电气设备制造业技术水平的提高，现在10kV电机的质量是安全稳定可靠的，因此建议使用10kV供电系统，并使用10KV高压电动机。

2.4.3用电负荷分类：用电负荷等级可以分为三类：一类是普通负荷，如办公生活用电及一些不重要的负荷用电，这些负荷属于三级负荷，一般选单电源供电即可满足要求;另一类是生产装置的用电设备，停电时可使化工装置停产或减产，这一类属于二级负荷，化工企业大部分属于这一类;最后一类是化工装置中的重要设备，停电可造成装置的损坏或设备报废等，这其中还有部分设备特别重要，停电可致使有毒有害气体泄漏，引起火灾或爆炸等危害，这后一类设备属于一级负荷。

2.4.4干式变压器的配置：建议均采用两两成对设计，互为备用的方式进行供电设计，对于装置中的成对负荷，均布在两个成对的变压器上。

2.4.5抗晃电设计：

普通低压电动机控制回路的防晃电措施：低压电动机在化工装置中的使用量很大，要使低压电动机在晃电后自动运行，需在控制回路采取措施。可行的方法有：使用抗晃电电机保护器;使用常规时间继电器，将时间继电器的延时断开触点串接在起动回路中;使用交流UPS电源或直流电源作为电动机控制回路电源，交流停电时，控制电源不停电;设计使用单独的PLC控制柜解决晃电问题。

变频器控制设备的防晃电措施

变频器调速电机的抗晃电措施：变频器对电压的变化更为敏感，有时系统稍有波动，即使变频器控制的设备停机。解决变频器晃电停机有两个方案：对于普通的变频器控制的设备，可利用变频器自身的参数设置菜单将变频器低电压报警停机功能解除，在控制回路采取晃电控制措施。当电压恢复后，变频器会自检，当检测到起动条件具备时可自动起动;对于变频器控制的特别重要的设备（不允许停机的设备）可采用DCBANK（直流支撑系统）为变频器供电，当检测交流停电后，并接于变频器直流母线的DCBABK系统立即投入运行，使变频器的逆变部分继续工作，机械设备不停机，当电源恢复后，DCBANK系统自动退出运行。

2.5继电保护定值的整定

继电保护定值整定是关系到供电系统安全的重要环节，只有定值设计合理，才能在系统内部故障时，准确、可靠、快速、有选择的将故障设备切除，保证系统的安全运行。

关于上下级定值的配合，对于末端设备保护定值的设计在保证被保护设备安全的前提下尽量将定值取小，而上一级设备的定值在保证设备安全的前提下适当加大，即增大级差和时间差，尽量避免越级跳闸，缩小停电范围。

有时灵敏度、选择性、可靠性是不能兼顧的，要根据实际情况取舍。当一路外电源停电时，母线备自投开关的动作顺序，不同的设计人员会有不同的处理方式。

2.6爆炸危险区域

由于化工企业的原材料复杂且多样化，部分材料属于危险爆炸性的材料粉末，因此，设计人员在进行材料分放的过程中，要根据化学材料的性质和成分进行相应的区分，防止化学材料受外界因素影响而产生的爆炸性气体对周围环境产生的危害，设计人员要对爆炸危险区域内的电气设备和材料进行相应的保护措施，以免材料产生化学性质，严重影响着化工企业的正常运行。

2.7计算负荷

化工企业在供配电系统设计的过程中，一般采用负荷计算的方法，负荷计算的方法有效的保证了计算结果的精准性，在计算数据时，还要重视短路电流的计算，有效的保证了化工企业供配电系统的高效运转。结合系统所提供的所有数据和参数进行参考，合理的制定出供配电系统的计算负荷方案。

3 结语

结论目前，随着我国社会经济生产能力以及在科学技术方面的迅猛发展，化工企业供配电应用技术日益成熟，在实际设计过程中应考虑到化工企业的供电特点，并根据供电特点拟定供电方案，并根据化工企业爆炸危险区域较多的特性合理选择防爆电气设备。

参考文献：

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